VODNÍ DÍLO SUCHOMASTY ZABEZPEČENÍ PŘED ÚČINKY VELKÝCH VOD

Transkript

1 VODNÍ DÍLO SUCHOMASTY ZABEZPEČENÍ PŘED ÚČINKY VELKÝCH VOD THE SUCHOMASTY DAM PROTECTION AGAINST THE EFFECTS OF FLOODS Ondřej Hrazdira Abstrakt: Účelem stavby je zabezpečit vodní dílo Suchomasty před účinky extrémních povodňových průtoků. V případě průchodu kontrolní povodně hrozí havárie a vznik zvláštní povodně. Řešení spočívalo ve zvýšení průtočné kapacity bezpečnostního přelivu a skluzu a úpravě vlnolamu na koruně hráze. Toto opatření umožnilo zvýšení mezní bezpečné hladiny nad úroveň kontrolní maximální povodně. V rámci stavby byla dále provedena výměna technologie spodních výpustí, reprofilace veškerých železobetonových konstrukcí a odtěžení sedimentů ze dna nádrže. Abstract: The aim of this construction is to protect the Suchomasty Dam against the effects of extreme flood discharges. In case of passage of a control flood, it threatens an accident and the emergence of a special flood.the solution consisted in the encreasing of discharge capacity of the safety overflow and the chute and in the modification of the cut-water on the dam. This measure enabled to increase the limit of safe level over the level of a maximal control flood. During the construction, it was replaced the technological equipment of the bottom outlets, the reprofiling of all the structures of reinforced concrete, and removal of sediments from the bottom of the reservoir. obr. 1: poloha vodního díla Klíčová slova: mezní bezpečná hladina, max. kontrolní hladina, bezpečnostní přeliv, vlnolam, modelový výzkum

2 1. ÚVOD Tento článek popisuje rekonstrukci vodního díla Suchomasty zajišťující jeho zabezpečení na kontrolní povodeň. Článek je zpracováván v době probíhající rekonstrukce a zaměřuje se zejména na vývoj ve fázi návrhu řešení a na vlastní realizaci. 2. POPIS VODNÍHO DÍLA Vodní dílo Suchomasty (dále též jen VD) leží na Suchomastském potoce v říčním kilometru 1,47. Suchomastský potok je pravostranným přítokem Litavky, která v rámci povodí Berounky protéká významnými aglomeracemi Středočeského kraje, a to Královým Dvorem a Berounem. VD je vodárenskou nádrží ve správě Povodí Vltavy, státní podnik, uvedená do provozu v r za účelem akumulace vody pro zajištění průmyslového odběru Králodvorských železáren, zajištění doporučeného minimálního odtoku v profilu pod hrází a částečného snížení velkých vod na Suchomastském potoce neovladatelným retenčním prostorem. Dalšími účely jsou rekreační využití vodního díla (sportovní rybolov) a manipulace ke zlepšení hygienických podmínek a kvality vody a k likvidaci následků čistotářských havárií Hlavní charakteristiky VD Hydrologická data M denní průtoky Q Md v l. s dní ,5 3,5 l. s -1 N leté průtoky Q N v m 3. s roků 4,1 6,9 12,0 16,9 22,9 32,4 41,0 94,2 m 3.s -1 Rozdělení prostoru nádrže: Prostor Od (m n.m.) Do (m n.m.) Objem (m 3 ) Plocha (ha) Stálé nadržení 248,10 249, ,28 Zásobní prostor 249,80 260, ,91 Celkový ovladatelný prostor 248,10 260, ,19 Ochranný neovladatelný prostor 260,10 260,90 73,100 9,32 Nádrž 248,10 260, ,32 Technický popis VD: Vzdouvací objekt tvoří přímá zemní sypaná hráz s délkou v koruně 85 m, úrovní koruny na kótě 261,60 m n.m. (B.p.v.), max. výškou hráze nad dnem 13,50 m. Sklon návodního svahu jen 1:2, 1:2,5 a 1,3 rozdělen třemi lavičkami. Sklon vzdušního svahu je 1:2 a 1:2,5 se dvěma lavičkami. Šířka hráze v patě je cca 80,0 m, v koruně 3,8 m. Celková kubatura hráze je 32, m 3. Těsnící část je tvořena sprašovým klínem při návodním líci. Stabilizační část hráze je nasypána z odlišného materiálu smíšeného z místních zdrojů. Paty návodního a

3 vzdušního svahu jsou tvořeny nespecifikovaným zatěžovacím materiálem. Hráz je protknuta odvodňovacími žebry z kamenitého materiálu. Přechodové vrstvy jsou provedeny z písku jako dvojitý obrácený filtr. Návodní svah je opevněn dlažbou z lomového kamene na sucho. Vzdušní svah je ohumusován a oset. Bezpečnostní přeliv je železobetonový, nehrazený boční se zaoblenou hranou. Nachází se na pravé straně hráze v zavázání tělesa ke svahu. Kóta přelivné hrany je 260,10 m n.m. a délka činí 30,60 m. Kapacita bezpečnostního přelivu při hladině 260,90 m n.m. (plný neovladatelný retenční prostor nádrže) činí 35 m 3 /s. Spadiště je z železobetonu s šířkou ve dně 3,0 m. Dno je opevněno dlažbou. Za spadištěm následuje skluz o proměnlivém sklonu se dnem opevněným dlažbou a opěrnými zdmi ze železobetonu. Šířka skluzu je proměnlivá od 3,0 m do 3,5 m. Na konci skluzu je vývar, do kterého se zleva napojuje i voda vypouštěná spodních výpustí. Vývařiště je rovněž opevněno kamennou dlažbou. Na vývar navazuje odpadní koryto s výchozím dnem na kótě 245,26 m n. m. Spodní výpusti je tvořeny dvěma litinovými hrdlovými potrubími DN 300, délky 101,0 m umístěnými v chodbě a zaúsěnými do vývaru bezpečnostního přelivu. Na jedné ze spodních výpustí je umístěno odběrné potrubí s měřícím zařízením technologické vody pro železárny v Králově Dvoře. obr.2: pohled na hráz VD před rekonstrukcí

4 obr.3: pohled do nádrže VD 3. PODNĚT K REKONSTRUKCI VD Zásadním dokumentem, který odstartoval přípravu rekonstrukce VD byl Posudek bezpečnosti vodního díla Suchomasty při povodních zpracovaný v červnu 2006 firmou VODNÍ DÍLA TBD, a.s. v souladu s TNV Posuzování bezpečnosti přehrad při povodních. Vodní dílo Suchomasty je podle významu a potenciálního rizika ohrožení území pod vodním dílem zařazeno pro účely odborného technickobezpečnostního dohledu ve smyslu vyhlášky č. 471/2001 Sb. do III. kategorie. Z podrobnějšího řešení účinků zvláštních povodní při hypotetické destrukci hráze vodního díla vyplývá nebezpečí ohrožení lidských životů v řádu jednotek osob. Na základě uvedených skutečností byla posudkem stanovena požadovaná míra ochrany vyjádřená dobou opakování kontrolní povodňové vlny, N=1000 let (tj. s pravděpodobností překročení p=0,001). Hydrologické podklady byly poskytnuty ČHMÚ v roce 2006 formou hydrologické studie. Průběhy teoretických povodňových vln PV 1000 byly odvozeny v několika variantách deterministickým a ověřeny statistickým přístupem. Jako výsledná teoretická povodňová vlna s dobou opakování 1000 let byla zpracovatelem hydrologických podkladů vybrána vlna z jednodenní návrhové srážky. Základní parametry této vlny jsou: Q 1000 = 94,2 m 3.s -1, objem W PV 1000 = 2,34 mil. m 3. Kontrolní maximální hladina (KMH) byla zpracovatelem posudku stanovena na kótě 262,28 m n.m.. Mezní bezpečná hladina (MBH) byla s ohledem na technický stav, stabilitu tělesa hráze, konstrukční uspořádání koruny a k naměřeným celkovým svislým posunům kontrolních bodů

5 na koruně hráze redukována o 0,04 m oproti úrovni těsnicího prvku dle projektové dokumentace. MBH tak byla stanovena na kótě 261,11 m n.m.. Závěr posudku Vodní dílo Suchomasty nevyhovuje požadavkům bezpečnosti při povodních (MBH KMH = 261,11 m n.m. 262,28 m n.m. = 1,17 m) byl impulzem pro zahájení projektových prací. 4. PROJEKTOVÉ PRÁCE 4.1. Studie proveditelnosti V roce 2008 bylo firmě Hydroprojekt CZ a.s. (dnes Sweco Hydroprojekt, a.s.) zadáno zpracování studie proveditelnosti nápravných opatření vedoucích k zajištění bezpečnosti vodního díla. Zásadním požadavkem ze strany objednatele bylo řešení, které při minimálních investičních ale také provozních nákladech rekonstrukce zajistí splnění rovnice MBH > KMH, a to jakýmkoli způsobem. Tedy buďto snížením KMH zvýšením odtoku při povodni, nebo zvýšením MBH konstrukcí umožňující zvýšení možné úrovně hladiny vody v nádrži, nebo kombinací výše uvedených možností. Již na počátku řešení byly z důvodu vysokých nákladů zavrženy varianty nových výpustných zařízení a také varianty zvýšení koruny hráze. Výsledné varianty byly vždy kombinací zvýšení MBH (u všech variant formou vodotěsné konstrukce vlnolamu zavázané do zemního těsnícího prvku hráze) a snížení KMH zkapacitněním původního bezpečnostního přelivu. Jako nejvýhodnější varianta byla státním podnikem Povodí Vltavy jako objednatelem studie a budoucím investorem rekonstrukce po odevzdání studie proveditelnosti v 11/2008 vybrána varianta s železobetonovým vlnolamem na koruně hráze a zkapacitněním bezpečnostního přelivu jeho rozšířením do pravého zavázání hráze s tím, že toto zkapacitnění bude provedeno formou vyvýšené bermy pro převádění pouze větších povodňových průtoků. Berma bude realizována přírodě blízkým způsobem pouze odtěžením části svahu a jeho opevněním Dokumentace pro územní rozhodnutí a územní rozhodnutí Výsledná varianta studie proveditelnosti byla jedním z podkladů pro zadání dokumentace pro územní řízení v březnu Předmět rekonstrukce byl po dohodě mezi objednatelem, provozovatelem vodního díla, projektantem a zástupci technickobezpečnostního dohledu rozšířen o rekonstrukci spodních výpustí, které byly do doby rekonstrukce ovládány manuálně, dále o úpravy na skluzu bezpečnostního přelivu (konkrétně o zvýšení kontrolní lávky přes skluz nad návrhovou hladinu, odtěžení dnových sedimentů z nádrže a opravu veškerých původních betonových konstrukcí. Po zpracování dokumentace byla zahájena inženýrská činnost pro zajištění územního rozhodnutí. Pro zjednodušení komunikace s dotčenými orgány státní správy a s účastníky řízení byla zpracována vizualizace, která dokázala přiblížit navrhovaná stavební opatření mnohdy laické veřejnosti.

6 obr.4: vizualizace pohled na korunu hráze před a po rekonstrukci obr.5: vizualizace pohled na vzdušní líc s přelivem před a po rekonstrukci obr.6: vizualizace pohled na vzdušní líc s přelivem před a po rekonstrukci V rámci dokumentace pro územní řízení byl zajištěn také Podrobný geologický průzkum a pro případnou možnost budoucí realizace akce z některého z dotačního programu Ministerstva zemědělství Prevence před povodněmi II bylo zadáno zpracování tzv. Specifikace povodňových škod a povodňových rizik sloužící pro výpočet efektivity projektu.

7 4.3. Fyzikální model, zjištění množství sedimentů Vzhledem k relativně hladkému průběhu územního řízení (vč. nutného řešení majetkoprávních vztahů a zásahů do ochranného pásma lesa, apod.) byly již v tomto čase zadány další práce pro zajiěštění veškerých nutných podkladů pro zpracování dalšího stupně projektové dokumentace a pro následné zadání veřejné zakázky, a to zejména: Fyzikální model Ověření ve studii proveditelnosti a v dokumentaci pro územní řízení navrženého opatření na fyzikálním modelu bylo provedeno z důvodu nejistoty matematických výpočtů (turbulentní proudění, příčné vlnění, apod.), dále z důvodů případné optimalizace řešení a případného dořešení detailů konstrukcí. Testování na fyzikálním modelu tělesa hráze v měřítku 1:18 bylo prováděno Výzkumným ústavem vodohospodářským T.G. Masarika, v.v.i v prosinci Po sestavení a kalibraci modelu byla ověřena kapacita původního bezpečnostního přelivu a následně testován stav VD po rekonstrukci s následným zjištěním: - navržené opatření zajistí snížení KMH na požadovanou úroveň 262,28 m n.m., - rozšíření bermy ve spodní části skluzu je předimenzované, vzhledem ke zvýšení rychlosti v dolní části skluzu dochází ke zvýšení jeho kapacity a je možné bermu ve spodní části zúžit, - pilířem kontrolní lávky dochází ke vzdouvání vody ve skluzu doporučení k jeho odstranění, - přestože byla berma v rámci návrhu koncipována pro převádění průtoků od Q 100 výše, je berma zatápěna již při průtoku cca Q 5 k tomu dochází v místě spadiště a je tedy nutné navýšit pravou zeď spadiště tak, aby k zaplavování docházelo při růtocích alespoň Q 50 a vyšších. Návrh je nutné znovu otestovat na modelu. Výše uvedená zjištění ukazují na oprávněnost a potřebu modelového výzkumu, přičemž druhé ze zjištění je zároveň optimalizací návrhu, která vedla ke snížení investičních nákladů. obr.6: hydaulický model před a po optimalizaci návrhu

8 obr.7: hydaulický model celkový pohled Zjištění množství sedimentů Vzhledem k tomu, že informace o množství sedimentů v nádrži byly v rámci projekčních prací zajištěny jednak od provozovatele a jednak od uživatele nádrže Českého rybářského svazu velice obecné a velice rozdílné, bylo rozhodnuto o nutnosti jednoznačného výpočtu kubatury sedimentu. Jako vstupní podklad byl použit vrstevnicový plán nádrže z dokumentace skutečného provedení stavby (r. 1960). Dále bylo provedeno zaměření sedimentů v nádrži vyměřovacím člunem Joska (Ultrazvuková měřící aparatura firmy Meridata ty MD500 pořizuje data v souřadnicích x, y, z, která jsou transformována do systému S-JTSK) státního podniku Povodí Vltavy. Břehové části s malou hloubkou byly doměřeny po snížení hladiny o cca 1,6m geodeticky technologií tzv. plošného scanování firmou Control System Ingeneering, s.r.o. Naměřené úrovně dna byly porovnány s vektorizovaným vrstevnicovým plánem. Výsledkem pak byla mapa mocnosti vrstvy sedimentu a stanovení jeho celkové kubatury.

9 obr.8: Zjištění množství sedimentů: Vyměřovací člun Joska, plošné 3D scanování břehů, mapa kubatur 4.4. Dokumentace pro stavební povolení a dokumentace pro provedení stavby Po vydání a nabytí právní moci územního rozhodnutí (únor 2011) byly zahájeny projekční práce na dokumentaci pro stavební povolení. V této dokumentaci již byly zohledněny výsledky výše uvedených přípravných činností a další potřeby provozovatel, jako vybavení VD měrným profilem v dolní vodě, měření hladiny v horní vodě, změna polohy kontrolní lávky a stavební úpravy na spadišti a skluzu bezpečnostního přelivu vycházející z modelového výzkumu. Stavební povolení ke změně dokončeného vodního díla a souhlas s ohlášením udržovacích prací pro stavební objekt odtěžení sedimentů byly vydány v lednu Podmínky stavebního povolení byly následně zapracovány do dokumentace pro provedení stavby, která byla vydána jako podklad pro zadání veřejné zakázky v září Konečný rozsah projektu dle výše zmíněné dokumentace: SO 01 - Úprava štoly a spodních výpustí: Navržena reprofilace povrchu betonu štoly a výměna vstupních vrat. SO Berma bezpečnostního přelivu Zásadní stavební objekt rekonstrukce VD. Řeší zkapacitnění skluzu a spadiště bezpečnostního přelivu jeho rozšířením do pravého břehu, a to měkkým způsobem, tj. zářezem do skalního výchozu.

10 obr.9: SO 02.1 Berma bezpečnostního přelivu příčný řez SO 02.2 Oplocení Jako podmínka stavebního úřadu bylo navrženo zajištění bezpečnosti proti pádu osob a zvěře na bermě bezpečnostního přelivu. SO Kontrolní lávka Kontrolní lávka byla přesunuta z přemostění skluzu pod vodní dílo bezprostředně za vývar přelivu. Úroveň mostovky je dána Q 100 s bezpečnostním převýšením. Lávka zajišťuje přístup provozovatele na bermu přelivu. obr.10: SO 02.1 SO 03.1 Kontrolní lávka

11 SO 03.2 Vybavení měrných profilů Navržen měrný profil v dolní vodě (u kontrolní lávky). V horní vodě stavební příprava pro osazení čidla měření hladiny. Profily vybaveny vodočetnými latěmi. SO 04 - Navýšení levé zdi skluzu Stavební objekt související s převedením Q 1000 bezpečnostním přelivem. Levá zeď skluzu musela být navýšena, a to o 1000 až 1800 mm. obr.11: SO 04 - Navýšení levé zdi skluzu příčný řez SO 05 - Úprava koruny hráze Druhý zásadní stavební objekt. Jedná se primárně o vybudování železobetonového vlnolamu na koruně hráze. Ten svým spojením s těsnícím jádrem hráze umožňuje zvýšení úrovně MBH. Zároveň slouží k eliminaci účinků větrových vln. V neposlední řadě svým návrhem výšky nad korunou hráze zajišťuje bezpečnost práce (zamezení pádu z koruny na svah návodního líce). V rámci tohoto SO bylo navrženo částečné předláždění koruny hráze a návodního líce.

12 obr.12: SO 05 Úpravy koruny hráze SO 06 - Odtěžení dnových sedimentů Odtěžení sedimentů z prostoru nádrže. Předpokládaný objem m 3 SO 07 - Oprava stávajících betonových konstrukcí Navržena reprofilace veškerých původních železobetonových a betonových konstrukcí (přelivná hrana, spadiště, skluz a vývar). PS 01 Spodní výpusti Totální výměna technologie spodních výpustí, tj. 2 ks potrubí DN 300 vč. uzávěrů. Elektrifikace štoly spodních výpustí vč. samotných uzávěrů. Zajištění osvětlení štoly spodních výpustí. PS 02 Vybavení měrných profilů Tento provozní soubor obsahuje dodávku a montáž vodočetných latí, chrániček pro hladinová čidla a přípojku elektro k profilu v dolní vodě. 5. REALIZACE V prosinci 2012 byl ukončeno zadání veřejné zakázky. V otevřeném řízení zvítězila firma Rovina, a.s. s nejnižší nabídkovou cenou ,- Kč bez DPH (tj Euro). 18. prosince 2012 byla uzavřena smlouva o dílo a v březnu 2013 byly zahájeny práce. V květnu 2014 byla stavba dokončena předání dokončeného díla zhotovitelem objednateli. Celkové stavební náklady stavby byly dodrženy, stavba byla realizována s finančními náklady ve výši ,- Kč bez DPH (vícepráce spojené s větším množstvím likvidace sedimentů

13 byly kompenzovány zejména méněpracemi na zajištění skalního masivu a dalšími úsporami v rámci realizace stavby). Stavba byla realizována v rámci dotačního programu Ministerstva zemědělství Prevence před povodněmi II, a to za finanční spoluúčasti Povodí Vltavy, státní podnik. Prezentace vlastní realizace v rámci tohoto příspěvku je níže formou fotodokumentace: obr.13: Realizace příprava území (kácení, přístupová komunikace)

14 obr.14: Realizace rozšíření spadiště a skluzu přelivu těžení skály v pravobřežním zavázání hráze obr.15: Realizace v pozadí práce narozšíření skluzu přelivu, vpředu demolice na koruně hráze jako příprava pro nový vlnolam

15 obr.16: Realizace rozšíření skluzu přelivu zajištění zvětralých vrstev gabionovou zdí obr.17: Realizace bourání části levé zdi skluzu pro napojení ŽB konstrukce navýšení skluzu

16 obr.18: Realizace navýšení pravé zdi spadiště pro zamezení vnikání vody na bermu při průtocích menších než Q 50 obr. 19: Realizace - příprava bednění konstrukce vlnolamu na koruně hráze

17 obr.20: Realizace betonáž bloků vlnolamu, v popředí těsnící bumový profil v budoucí dilatační spáře obr.21: Realizace ohumusování a osetí bermy (pod ornicí kamenný zához a betonová žebra), převádění vody násoskami z důvodu výměny potrubí a uzávěrů spodních výpustí

18 obr.22: Realizace nové spodní výpusti vč. elektrifikace a osvětlení štoly spodních výpustí obr.23: Realizace nové elektricky ovládané spodní výpusti

19 obr.24: Realizace dokončení vlnolamu a opevnění návodního líce obr.25: Realizace dokončené skapacitnění skluzu bezpečnostního přelivu

20 obr.26: Realizace sběr plžů a drobných živočichů při vypuštění nádrže obr.27: Realizace dokončení vypouštění nádrže - výlov ryb

21 obr.28: Realizace odtěžení sedimentů ze dna nádrže patrné původní koryto vč. stupně a zbytků po kácení obr.29: Realizace odtěžení sedimentů ze dna nádrže

22 obr.30: Realizace oprava vývaru, v pozadí nová kontrolní lávka a měrný profil na odtoku z VD obr. 31: Realizace oprava vývaru

23 obr.32: Realizace oprava betonů vývaru, oprava dlažeb, v pozadí zkapacitnění skluzu přelivu obr.33: Realizace dokončené části zkapacitnění přelivu a vlnolamu na koruně hráze

24 6. ZÁVĚR Tento příspěvek je pokusem o představení rekonstrukce vodního díla k jeho zabezpečení před velkými vodami, resp. před návrhovou povodní. Tento typ rekonstrukce byl, je nebo se připravuje na desítce vodních děl ve správě státního podniku Povodí Vltavy. nejedná se sice o stavbu finančně ani technicky nejnáročnější, je však na její prezentaci dobře patrný vývoj od začátku přípravy až po dokončení stavby. Projekt ukazuje na význam kvalitní přípravy akce, kdy např. fyzikální model sice potvrdí projekční návrh, ukazuje však na nutnost úpravy řešení a zároveň vede k úspoře nákladů. Dále se v rámci projektu osvědčilo vytvoření vizualizace ve fázi územního řízení a stavebního povolení, díky které bylo možné představit jednoduše projekt orgánům státní správy a dalším účastníkům řízení. Také v rámci realizace akce bylo využito moderních technologií, zejména použití plošného 3D scanování, jako geodetického podkladu pro výpočet kubatur těženého skalního masivu a těžených sedimentů ze dna nádrže. Tímto rychlým a ekonomickým geodetickým zaměřením a následným výpočtem byl získán jednoznačný údaj o množství těženého materiálu. AUTOR Ing. Ondřej Hrazdira Povodí Vltavy, státní podnik Holečkova 8, Praha 5, Česká republika ondrej.hrazdira@pvl.cz